مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تأثیر نانولوله‏های کربن بر چقرمگی شکست نانوکامپوزیت پایه پلیمری تحت برش برون صفحه‌ای در مقایسه با شرایط بارگذاری کشش خالص

نویسندگان
1 دانشگاه علم و صنعت ایران
2 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در این پژوهش، تأثیر نانولوله‏های کربنی چندجداره بر مقاومت شکست نانوکامپوزیت‏های پایه اپوکسی تحت بار برشی خارج از صفحه‏ای (شکست مود III) در مقایسه با اثر آن‏ها در حالت بارگذاری کششی (شکست مود I) به روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل داشتن گرانروی پایین و کاربردهای گسترده در صنعت، از اپوکسی LY-5052 برای ساخت نمونه‏های نانوکامپوزیت استفاده شده است. درصدهای وزنی در نظر گرفته شده برای محتوای نانولوله‏های کربن این نمونه‏ها نیز 0.1، 0.5 و 1 درصد هستند. در فرآیند ساخت نمونه‏های نانوکامپوزیتی، روش امواج مافوق صوت برای همگن‏سازی نانوذرات در رزین زمینه به کار گرفته شده است. در این آزمون‏ها برای اندازه‏گیری مقاومت شکست نمونه‏های اپوکسی خالص و نانوکامپوزیت‏ها تحت شرایط بارگذاری مود I و مود III از فیکسچر بارگذاری‏ای که به تازگی برای مود ترکیبی I/III توسعه یافته، استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می‏دهند که در هر دو حالت بارگذاری، افزایش محتوای نانولوله‏ها تا 1 درصد وزنی موجب افزایش مقاومت شکست نسبت به اپوکسی خالص می‏شود. با این وجود، ماکزیمم چقرمگی‏های شکست مود I و مود III به ترتیب، برای نانوکامپوزیت‏های حاوی 0.5 و 1 درصد وزنی نانولوله به دست آمده‏اند. در نهایت، روند‏های مشاهده شده در نتایج آزمایشگاهی، با استفاده از میکرومکانیزم‏های تأثیرگذاری نانولوله‏های کربنی مورد بحث قرار گرفته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

CNT influence on fracture toughness of a polymer-based nanocomposite under the out-of-plane shear in comparison with pure tensile loading conditions

نویسندگان English

Behnam Saboori 1
Majid Reza Ayatollahi 2
چکیده English

In this research, the influence of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on the fracture resistance of epoxy-based nanocomposites under out-of-plane shear (mode III) has been investigated experimentally and compared with their effect in the case of tensile (mode I) loading. Due to its wide industrial applications and low viscosity, epoxy LY-5052 has been used to manufacture the nanocomposite specimens. The MWCNT contents considered for nanocomposite samples are 0.1, 0.5 and 1.0 wt.%. Ultrasonic homogenization technique has been utilized for dispersing nano-fillers in the matrix resin. In order to measure the fracture resistance of pure epoxy and nanocomposite specimens under mode I and mode III loading conditions, a loading fixture recently developed for mixed mode I/III fracture tests has been employed. The obtained results show that in both loading conditions, increasing MWCNTs content up to 1.0 wt.% enhances the fracture resistance. However, the maximum values of mode I and mode III fracture toughness have been attained in nanocomposites containing 0.5 wt.% and 1 wt.% of MWCNT, respectively. Eventually, the observed trends in the experimental results have been discussed using the effective micro mechanisms of CNTs inside the polymer matrix.

کلیدواژه‌ها English

Carbon nanotube
Nanocomposite
Out-of-plane shear load
Fracture toughness